他们从2013年开始,经过多年的研究,发现了一种可以同时实现高电子热导率和低声子热导率的材料。
用一层覆盖在硅晶体上的由铁、钒、钨和铝元素组成的合金材料,实现了高达5到6的zt值,让zt值比现有最好水平翻了倍。
在通常情况下,这种由铁、钒、铝、钨四种元素组成的合金,其结构非常规则,例如,钒原子旁边一定只有铁原子,铝原子也一样,而两个相邻的同元素原子之间的距离也总是一样。
然而,当科学家们把薄薄的一层这种材料,与硅材料基底相结合的时候,神奇的事情就出现了。
尽管这些原子仍然维持着原有的立方体的结构,但原子之间的相互位置却发生了剧烈的改变。
以前该是一个钒原子出现的位置,现在可能变成了一个铁原子或者铝原子;而一个铝原子旁边本来该是一个铁原子,现在可能还是一个铝原子,甚至是一个钒原子。
而且,这种各个原子之间位置的改变,完全随机,毫无规律可循。
这种有序和无序相结合的晶体结构,就让材料产生了独特的性质:
电子依然可以有自己的特殊路径,在晶体里“自由”穿梭,使得电导率和电子热导率不受影响;但热量传导依赖的声子迁移却被不规则的结构阻隔,导致声子热导率大幅下降。
这样一来,热端和冷端的温度差得以维持,由此产生的电势差也就不会消失。
维也纳大学团队也就实现了梦寐以求的热电材料电子热导率不变、声子热导率下降,从而大幅提升zt值到6的目标。
而他们的理论上,如果可以改变相关概念材料的拓扑结构,zt值达到20也将不再只是梦想。
zt值达到6,热效率将达到12左右,如果zt值可以提升到20,热效率可以和蒸汽轮机相提并论。
而温差发电设备和蒸汽轮机比起来,那个结构就简单到极点,比如上面提到的钚同位素电池,它就是温差发电电池。
不过材料学方面,黄豪杰不如正统的李想他们,他连忙向材料研究所发了一个研究课题,让材料研究所专门研发一种zt值为20左右的热电材料。
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